氧化剂和还原剂

一种或多种反应物结合在一起形成一种或多种不同物质（称为产物）的过程。形成的物质称为化学元素或化合物。化学反应导致反应物的组成原子重新排列，从而形成产物。反应物的物理外观与产物不同。化学反应在一般环境中不断发生，例如铁的生锈或葡萄酒的发酵等。

什么是化学反应？

Chemical reactions result in the conversion of chemicals or substances to one or more other substances. The groups of atoms rearrange themselves leading to the breakage and formation of chemical bonds in a chemical reaction. 

这些反应伴随着气体、沉淀物和颜色、光的出现。例如，如果我们考虑丙烷的氧化反应，它会释放热量和光，由以下反应表示，

C ₃ H ₈ + 5O ₂ → 3CO ₂ + 4H ₂ O

与化学反应相关的术语：

• 两个或多个分子在化学反应中相互结合形成新的产物。
• 一起反应的化合物称为反应物，而新形成的化合物称为产物。
• 反应速率受压力、温度、反应物浓度等因素的影响。
• 化学反应也伴随着物理变化，肉眼可以观察到，例如沉淀、产热、颜色变化等。

化学反应的类型

根据反应物结合在一起的方式、副产物等，有各种类型的化学反应，例如，

• 组合反应：当两种元素或一种元素与一种化合物或两种化合物聚集在一起形成单一产物时发生的化学反应称为组合反应。
• 分解反应：当一种化合物分解成两种或更多种更简单的副产物时发生的化学反应称为分解反应。
• 置换反应：这种类型的化学反应发生在较活泼的金属取代较不活泼的金属时。
• 双置换反应：离子在两种反应物之间交换形成新化合物的反应称为双置换反应。
• 沉淀反应：这种类型的化学反应伴随着在这些类型的反应中形成称为沉淀形式的不溶性化合物。
• 放热反应：产生能量的化学反应称为放热反应。大多数情况下，分解反应是放热的。
• 吸热反应：吸收能量的化学反应称为吸热反应。大多数情况下，组合反应是吸热的。这些反应与放热反应相反。
• 氧化反应：氧化反应伴随着从化合物中获得氧气或去除氢或金属元素。
• 还原反应：还原反应伴随着化合物中氧的损失或氢或金属元素的增加。这些反应与氧化反应相反。
• 氧化还原反应：氧化和还原同时发生的化学反应也称为氧化还原反应，由还原和氧化两个词组成。

化学方程式

The chemical equations are denoted using the chemical formulae and symbols to represent the changes occurring between the reactants and products. 

化学方程式由左侧写的反应物和右侧的产物表示。一个符号，可能是一个箭头，也表示反应的方向。此外，每个反应实体都分配有其相应的化学计量系数。

化学方程式的例子有：

• PCl ₅ + 4H ₂ O → H ₃ PO ₄ + 5HCl
• SnO ₂ + 2H ₂ → 2H ₂ O + Sn
• TiCl ₄ + 2H ₂ O → TiO ₂ + 4HCl
• Na ₂ S + 2AgI → 2NaI + Ag ₂ S

氧化剂

能氧化其他物质的物质称为氧化剂。因此，氧化剂充当电子受体基团，因为它们接受电子。这些试剂具有总是自身还原并氧化另一种物质的特性。

Oxidising agents can also be termed as oxidants or oxygenation reagents or oxygen – atom transfer (OAT) agents. Some of the common examples of oxidising agents are oxygen, hydrogen peroxide and halogens. All the oxidising agents are oxides in nature. 

这些基团负责将氧原子转移到基材上。然而，一些氧化还原反应，氧化 - 还原发生在没有氧原子的情况下。氧化剂的一些例子是MnO ₄ ^- 、CrO ₄ ^-2等。

常见的氧化剂有，

• 氧化合物，例如氧 (O ₂ ) 和臭氧 (O ₃ )
• 硝酸 (HNO ₃ ) 和硝酸盐化合物
• 次氯酸盐、亚氯酸盐、氯酸盐、高氯酸盐和其他类似的卤素化合物，如家用漂白剂 (NaClO)
• 高锰酸盐化合物，例如高锰酸钾 (KMnO ₄ )
• 过硼酸钠
• 卤素，例如氟 (F ₂ )、氯 (Cl ₂ )
• 过氧化氢（H2O2）和其他无机过氧化物，芬顿试剂
• 过一硫酸
• 重铬酸钠
• 氮化合物，例如一氧化二氮、二氧化氮/四氧化二氮 (NO ₂ / N ₂ O ₄ )
• 硝酸钾 (KNO3)，黑色粉末中的氧化剂
• 铋酸钠 (NaBiO ₃ )
• 二氧化铅 (PbO ₂ )

氧化剂的应用

氧化剂在大量商业和工业应用中都有使用，其中一些是，

1. 水的净化。
2. 在电池中储存能量。
3. 燃料燃烧。
4. 织物漂白。
5. 生物过程，如新陈代谢和光合作用。
6. 橡胶硫化（增加橡胶的强度和弹性）。

还原剂

A reducing agent is an element or a compound which loses or “donates” an electron to an electron recipient. The recipient is the oxidising agent, as described earlier. Therefore, the reducing agents are also called a reductant, reducer, or electron donor. 

因此，这两种化合物因此在氧化还原反应中得到了应用。还原剂的氧化态增加，而相反，氧化剂减少。因此，还原剂通过降低氧化态来“还原”氧化剂，而氧化剂通过提高氧化态来“氧化”还原剂。此外，已知元素周期表中 s 区的金属可作为良好的还原剂。

任何良好的还原剂都由具有低电负性和易于吸引具有可忽略的低电离能的键合电子的原子组成。

还原剂的特点

1. 还原剂倾向于释放电子并被氧化。这也导致其他反应物通过向其提供电子而被还原。
2. 由于它们提供电子，因此它们的负电荷减少，即向带正电荷的方向移动。
3. 失去电子的趋势越大，还原剂越强。这是因为还原剂会通过强有力地提供电子来还原其他物质。
4. 氧化和还原反应涉及反应过程中的电子转移。

以下是常见的还原剂，

• 硼氢化钠
• 氢化铝锂 (LiAlH ₄ )
• 酸，例如草酸和甲酸
• 汞齐，例如锌汞齐和钠汞齐
• 乙硼烷
• 钠铅合金
• 新生氢
• 硫代硫酸盐

识别氧化剂和还原剂

氧化反应是一种化学反应，其中一种物质会失去一个电子。相反，还原反应是向物质提供电子的反应。氧化还原反应是氧化和还原反应的组合，其中一种物质放弃一个电子，另一种物质获得该电子。

为了识别氧化剂，可以从反应前后原子的氧化数掌握信息。化合物的氧化数向产物侧增加是因为该物质失去电子并被氧化。化合物的氧化数向产物侧降低是因为该物质获得了电子并被还原。在反应中被还原的物质是氧化剂，因为它获得电子。在反应中被氧化的物质是还原剂，因为它失去了电子。下表总结了上述讨论：

Name	Oxidation Number	Change in Electrons
Oxidation	Increases	Electrons are lost
Reduction	Decreases	Electrons are gained
Oxidizing agent	Decreases	Electrons are gained
Reducing agent	Increases	Electrons are lost

示例问题

问题1：区分氧化剂和还原剂。

回答：

Following are the differences between Oxidising Agent and Reducing Agent:

Reducing Agent	Oxidising Agent
A reducing agent can be oxidized by losing some of its electrons.	An oxidizing agent can be reduced by obtaining electrons.
The oxidation state of reducing agent increases.	The oxidation state of oxidizing agent decreases.
Electron donor.	Electron receiver.
Reducing agent is oxidized during the reaction.	Reduced during the reaction.
Responsible for causing the reduction of another reactant.	Responsible for causing the oxidation of another reactant.

问题 2：描述一个氧化反应，其中正氧化态的氧化随着反应而增加。

回答：

Since, we know, H₂C₂O₄ is known to be a good reducing agent. In this chemical composition, the oxidation state of the C atom is +3. The highest oxidation state that can be attained by the C atom is +4.  Therefore, we can carry out its oxidation into CO₂. The half reaction is, therefore, given by, 

H₂C₂O₄ → 2CO₂ + 2H⁺ + 2e^–

问题 3：与硝酸相比，硫酸和盐酸不是氧化剂。解释为什么。

回答：

Hydrochloric acid acts as a reducing agent, since, it loses a hydrogen atom. Thereby, it carries out the reduction of other substances and gets oxidised to chlorine. Similarly, sulphuric acid acts as an oxidising agent which on carrying out thermal decomposition, yields nascent oxygen. Nitric acid (HNO₃) is considered to be a powerful oxidising agent and the oxidising properties are due to the production of nascent oxygen which it gives on decomposition.

问题4：识别下列反应中的还原剂：

4NH ₃ + 5O ₂ ⇢ 4NO +6H ₂ O

H ₂ O + F ₂ ⇢ HF + HOF

回答：

In the first reaction, ammonia (NH₃) is reducing agent, since the oxidation state of oxygen is reduced from 0 to -1. The halogen, Fluorine (F₂), undergoes the reduction reaction, therefore, acting as an oxidising agent. Hence, water (H₂O) is a reducing agent here.

问题5：为什么王水会溶解贵金属？

回答：

We know, the formation of aqua regia can be depicted by the following chemical reaction:

HNO₃ + 3HCl → NOCl + 2H₂O +2Cl₂

that is, Nitric acid reacts with the hydrochloric acid to form a mixture called aqua regia as the final product. The right hand side contains a product called NOCl nitrosyl chloride which is a stronger oxidizing agent than nitric acid. Therefore, pure nitric acid does not dissolve noble metals but aqua regia dissolves them easily.

问题6：什么是氧化还原反应？

回答：

Redox reactions are formed by the combination of the terms oxidation-reduction chemical reactions in which the reactants, that is the constituents atoms and molecules undergo a change in their oxidation states. All the redox reactions can be further broken down into two different processes – a reduction process and an oxidation process which occur simultaneously.

问题 7：为什么认为氧气是氧化剂？解释使用与金属的反应。

回答：

Oxygen in elemental form is a strong oxidizing agent. Oxygen shows good reactivity and easily combines with most other elements and many compounds. When a compound like magnesium reacts with oxygen, the magnesium atoms give or donate electrons to oxygen (O₂) molecules. This results in the reduction of oxygen. Magnesium metal therefore acts as a reducing agent. Magnesium is therefore oxidised. Oxygen, thereby is an oxidizing agent in this case.